Für Prüfstände mit häufig wechselnden Versuchsträgern, wie das etwa bei Motorprüfständen im Forschungs- und Entwicklungsbereich der Fall ist, wird mit LEC MCheck eine völlig neuartige Softwarelösung zur Diagnose von Sensorfehlern angeboten. LEC MCheck erkennt fehlerhafte Messungen frühzeitig und ist in der Lage fehlerhafte Sensoren oder Messgeräte zu identifizieren, wodurch neben einer Verbesserung der Messdatenqualität auch eine Effizienzsteigerung des Prüfstandes erreicht werden kann.
Im ersten Schritt, der Symptomerzeugung, wird der Prüfstand mit Hilfe von physikalischen Modellen, die für spezifische Komponenten in einer Modellbibliothek verfügbar sind, und mit datengetriebenen Methoden abgebildet. Jedes Modell liefert auf Basis der Abweichung zwischen Messung und modellbasierter Berechnung ein Residuum, das als Fehlerindikator dient.
Auf Basis der Residuen wird im zweiten Schritt der Diagnose durch Überprüfung der Fehlerbedingungen festgestellt, ob bei der Messung ein Fehler aufgetreten ist.
Im letzten Schritt werden für alle betrachteten Kanäle und Sensoren mit Hilfe eines geometrischen Klassifikationsverfahrens Fehlerwahrscheinlichkeiten berechnet, um im Fall eines Fehlers zu ermitteln, welcher Sensor fehlerhaft ist.
Methodik
LEC-MCheck ist ein Diagnosesystem, mit dem auf Prüfständen gewonnene Messdaten auf Plausibilität überprüft werden können. Die zugrundeliegende Methodik besteht im Wesentlichen aus drei Schritten: Symptomerzeugung, Fehlererkennung und Fehlerisolation.
Model Library
selected modules are shown in the test bed scheme
User Defined Models
are used additionally, basically for simple plausibility rules
Data Driven Models
are used additionally, model training is done online and automatically
Diagnosis Results
detection and isolation rate for different fault intensities over all different sensors shown in the test bed scheme
Anwendungsbeispiel
Auf Grund des modularen Aufbaus ist es möglich, LEC-MCheck an unterschiedliche Prüfstandssysteme anzupassen. Die Komponenten der Modellbibliothek können beliebig zusammengestellt werden, um das Prüfstandssystem abzubilden. In diesem Beispiel etwa wird ein Einzylinder-Prüfstand mit unterschiedlichen Komponenten ausgestattet. So können beispielsweise Zylinder, Rohrleitungen, Drosseln, aber auch das Gesamtsystem mit spezifischen Modellen abgebildet werden.
Datengetriebene Modelle werden automatisch auf Basis historischer Daten gebildet. Auch einfachere Überprüfungen wie etwa Grenzwertüberprüfungen einzelner Messkanäle können eingebunden werden. Weiteres Expertenwissen kann mit Hilfe von benutzerdefinierten Formeln in das System integriert werden. Dieser vollflexible Aufbau ist eine der entscheidenden Eigenschaften der Software.
Mit Hilfe von simulierten Fehlern kann die Überwachungsgüte des Systems analysiert werden. Dazu wird für unterschiedliche Fehlerintensitäten der durchschnittliche Anteil an korrekt klassifizierten und korrekt isolierten Fehlern berechnet. Je intensiver der Fehler ist, umso eher kann er vom System erkannt und dem richtigen Sensor zugeordnet werden.
Fault Probability
MCheck identifies faulty sensors
monitoring quality
the higher, the better a channel can be monitored by MCheck
model based diagnosis
list of models for every used tool
basic tools
can be used independently of the type of test bed
system specific tools
– comprehensive model library for engine test beds
– expandable for non engine applications
traffic light
simple visualization of measurement data quality
Grafische Benutzeroberfläche
Die Benutzeroberfläche von LEC-MCheck ist in drei Ebenen aufgeteilt. Links befindet sich eine Liste sämtlicher überwachter Kanäle und Sensoren. Dies können sowohl zeitbasierte als auch kurbelwinkelbasierte Messdaten sein. Auf der rechten Seite befinden sich die zur Fehlerdiagnose verwendeten Modelle. Dazu gehören die Basismodelle wie etwa Grenzwertüberprüfungen oder datengetriebene Modelle, aber auch die prüfstandsspezifischen Modelle der einzelnen Komponenten. In der Mitte der Oberfläche werden die aktuell ausgewählten Elemente dargestellt, die hier auch konfiguriert werden können.
LEC-MCheck besitzt einerseits einen Konfigurationsmodus, anderseits einen Diagnosemodus. Im Konfigurationsmodus können sämtliche Einstellungen für die Diagnose verwaltet werden. Ist die Konfiguration valide, kann in den Diagnosemodus gewechselt werden. In diesem Modus werden die gemessenen Punkte automatisch evaluiert. Das Ergebnis der Fehlerdiagnose wird zunächst übersichtlich mittels einer Ampel dargestellt. Detailliertere Ergebnisse, wie etwa Überwachungsqualität im fehlerfreien Fall und Fehlerwahrscheinlichkeit im fehlerhaften Fall oder auch die Residuen der einzelnen Modelle, werden bei Bedarf in der Benutzeroberfläche dargestellt.
Verbrennungsmotoren haben mittlerweile einen sehr hohen Entwicklungsstand erreicht, sodass das Potenzial für weitere Verbesserungen immer geringer wird. Im Bereich der Großmotoren etwa lassen sich mit einzelnen technologischen Maßnahmen oft nur mehr Verbesserungen erzielen, die in einem Wirkungsgradbereich von wenigen Zehntelprozentpunkten liegen. Um die sichere Bewertung solcher Maßnahmen bei der Entwicklung überhaupt erst zu ermöglichen, sind extrem hohe Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik gegeben. Generell lässt sich sagen, dass in der Motorenentwicklung ein wesentlicher Kostenfaktor durch experimentelle Untersuchungen am Motorprüfstand entsteht.
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